CPO에 관하여 Pt.3 | Optical Engine 내부
s4ndwalker
2026.05.09조회수 115회
s4ndwalker
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내러티브와 데이터로 투자/트레이드 전략을 구현합니다.
ELS vs On-Chip Laser, MZM / MRM / EAM modulator 비교, OE scaling roadmap (fibers × speed × wavelengths).
CPO에서 레이저는 데이터 자체를 만드는 것이 아니라, modulator가 정보를 실어 보낼 빛의 원천 역할을 한다.
선택지는 크게 두 가지다.
구조적으로 가장 단순해 보인다.
Laser, modulator, waveguide가 같은 die 또는 같은 광학 엔진 안에 놓여있기 때문에 external optical connection이 줄고, 이론적으로 insertion loss를 낮출 수 있다.
하지만 실제 CPO 적용에는 운영 리스크가 크다.
On-chip laser는 field operation, thermal reliability, serviceability 관점에서는 위험이 크다.
레이저가 optical engine 내에 있던 on-chip laser와는 다르게, 레이저를 광학 엔진에서 분리하고 별도 레이저 모듈에서 빛을 광섬유를 통해 광학 엔진으로 공급하는 방식.
현재 산업 컨센서스는 on-chip laser보다 ELS 도입에 맞춰져 있다.
ELS는 reliability와 serviceability를 얻는 대신, optical path가 길어지고 connector / coupling / modulation loss가 누적된다.
ELS 도입 시 total optical loss per fiber는 21.6 dB로 계산된다. 상단 다이어그램의 optical loss 모두를 더하면 21.6 dB가 된다.
광신호가 RX 이전 TP2 (Test Point 2 — 광신호의 출력과 퀄리티가 체크되는 지점)까지 도달했을 때 요구되는 최소 출력이 0.2 dBm이므로,
ELS 모듈의 CW (Continuous Wavelength) 레이저에서 출력되어야 하는 최소 출력은 21.6 dB + 0.2 dBm = 21.8 dBm,
여기에 어느 정도 추가 마진 1.2 dB을 두어 광선에 입력되어야 하는 출력이 21.8 dBm + 1.2 dB = 23.0 dBm,
레이저에서 광선 사이 coupling loss 1.5 dB를 추가하면 23.0 dBm + 1.5 dB = 24.5 dBm.
ELS 모듈 내 CW 레이저와 냉각을 위한 TEC가 ELS 소비 전력의 약 70%를 차지한다.
단순히 “광학을 XPU / ASIC 가까이 붙이면 전력 소비가 줄어든다”는 구조가 아니다.
CPO의 소비 전력 감소는 짧아진 전기선, 저전력 SerDes, DSP 제거 또는 축소 가능성에서 나오지만, ELS는 optical loss와 추가로 부담해야 할 레이저 및 냉각 전력이라는 새로운 부담을 만든다.
Nvidia가 다양한 laser architecture를 동시에 탐색하고 있다는 점은, laser source가 아직 standardized commodity가 아니라 CPO system design의 중요한 differentiation layer임을 시사한다.
CPO의 핵심은 광학 엔진을 XPU / ASIC 가까이 붙이는 것만이 아니다. 레이저를 어디에 둘 것인지, 광출력 손실을 얼마나 줄일 수 있는지, 레이저 모듈 실패를 어떻게 수리 및 감당할 것인지, 열 관리를 어떻게 접근할 것인지가 system-level 경쟁력을 결정한다.
On-chip laser는 integration efficiency에 강하고, ELS는 reliability와 serviceability에 강하다. 현재 CPO deployment 관점에서는 ELS가 더 현실적인 선택지로 보이지만, 그 대가로 laser power와 TEC power burden을 감수해야 한다.
레이저에서 출력된 빛 그 자체로는 데이터를 담고 있지 않다.
Modulator는 전기 신호를 광신호로 변환하기 위해, 입력된 레이저의 intensity, phase, 또는 absorption을 변화시킨다.
CPO에서 modulator 종류의 선택은 단순한 부품 선정이 아닌, 광학 엔진의 전체 구조를 결정하는 핵심 변수다.
MZM은 들어온 빛을 두 개의 waveguide arm으로 나눈 뒤, 전압을 걸어 두 경로 사이의 phase difference를 만든다.
이후 두 빛 경로를 다시 결합하면 phase difference가 빛 강도 변화로 변환되어 data modulation이 가능해진다.
MZM은 raw bandwidth와 signal quality를 우선하는 아키텍처에 적합하다.
다만 CPO처럼 fiber count와 package area가 제한되는 환경에서는 footprint 부담이 크다.
Nubis 같은 scale-up CPO startup이 MZM path를 선택하는 이유는 signal quality와 bandwidth를 우선시하기 때문으로 볼 수 있다.
MRM은 ring-shaped waveguide를 “wavelength-selective gate”처럼 쓰는 modulator이다.
고리 내, 특정 wavelength에서만 공진이 발생한다.
입력된 빛의 파장이 고리의 공진 파장과 맞으면, 빛이 고리 안으로 강하게 coupling된다.
이때 빛은 straight waveguide를 그대로 통과하지 못하고, drop port 쪽으로 빠지거나 through port의 intensity가 ...
